跑步损伤有关的下肢生物力学因素：综述和应用指南*

彭 丽 余 洲 张 智 蒋伟东

跑步损伤有关的下肢生物力学因素：综述和应用指南*

彭 丽 余 洲 张 智 蒋伟东

（陆军工程大学 军事基础系，江苏 南京 211101）

分析一些最常见的跑步损伤的生物力学因素：前膝关节疼痛、髂胫束综合征、跟腱病、胫骨内侧应力综合征/胫骨应力性骨折。没有一致的证据将生物力学方面异常与即定损伤相关联，只有患髌股关节疼痛的女性运动人群，在直立阶段髋关节内收角峰值增加。评估和治疗髋关节运动学，可以防止女性运动人群的膝部损伤。

跑步生物力学；髋关节内收；后脚外翻

当前，跑步已经成为一种流行的锻炼方式，易于开展，而且对健康有很多好处，包括减少心血管疾病和肥胖的风险因素[1]。但业余和竞技运动员在这期间还是会发生过度使用下肢的风险。外在因素和内在因素的结合可能会导致下肢的过度使用。外部因素包括地面、跑鞋、每周跑步距离。内部因素包括年龄、性别、肌肉力量、柔韧性和下肢对称性。对2002例出现跑步相关损伤的患者进行了调查[2]。列出了10种最常见损伤的发生频率和性别分布。将髌股关节痛（patellofemoral pain，PFP）和髌腱病（patellar tendinopathy，PT）归类为膝关节前侧痛，因为症状发生在膝关节的前部和中部。本文主要讨论排在前四最常见的损伤。膝关节损伤和小腿损伤分为四种不同类型：前膝关节疼痛（PFP/PT）、髂胫束综合征（iliotibial band syndrome，ITBS）、跟腱病（achilles tendinopathy，AT）和胫骨应力综合征/胫骨应力性骨折（tibial stress syndrome/tibial stress fracture，TSS/TSF）。

1 下肢常见的损伤与生物力学因素

1.1 膝关节损伤：膝关节前痛和髂胫束综合征

运动频繁的人群，膝盖是最常见的过度使用损伤部位[3]。研究表明，近端因素，如臀部肌肉无力或躯干控制能力不足，会导致膝盖过度使用损伤。研究表明稳定臀部的肌群无力导致下肢力学异常改变，增加负荷力和受伤风险。患有ITBS的女短跑运动员在跑步直立阶段，膝盖内旋角峰值增加。研究表明PFP与髋关节内收峰增加，以及髋关节内旋角增加之间存在关联[4]。

1.2 膝部以下损伤：胫骨应力综合征/应力性骨折和跟腱病

对于膝关节以下的损伤，胫骨后肌腱功能障碍可能会导致足跟骨外翻过度、胫骨内旋、病理性平足畸形，胫后肌腱可能导致跟骨过大外翻、胫骨内旋，以及病理性扁平足，这些因素都可能增加小腿损伤的风险。与健康人群相比，胫骨后肌功能障碍患者的步态，胫骨内旋没有差异，但是足纵弓的下降会导致后足外翻增加[5]。但有研究认为异常性足部力学和跑步损伤之间的没有明确关联[6]。

2 下肢常见损伤研究结果

2.1 膝部受伤运动员的运动学变量

2.2.1膝盖疼痛

目前，6项研究分析了患有前膝关节疼痛的运动人群，其中5项研究调查了患有PFP的跑步者，其中1项研究调查了患有PT的跑步者[7]。5项研究评定峰髋内收角。其中2项研究发现，与健康对照组的跑步者相比，患有PFP的女性跑步者的髋内收峰明显更大。另外，在研究中，患有PT的女性跑步者表现出更大的髋内收峰的趋势。相反，与对照组相比，PFP患者髋内收角峰值明显减小。而PFP组与健康组的髋内收角峰值无显著差异。4项研究评定了髋部内旋。仅有1篇认为PFP女性运动人群髋关节内旋峰值明显增大，其他无明显差异。分析后脚外翻和膝关节内旋的文献没有发现损伤组和健康组之间的存在显著差异。

2.2.2 髂胫束综合征

髂胫带综合症是跑步者外侧膝关节疼痛的最常见原因，但需要进一步的流行病学研究，以更好地了解各种跑步者之间的差异。影响因素包括应变和应变率，额叶和横切面的运动学偏差以及髋臼外侧和后侧肌肉组织的无力。病理生理学有2种模型，即感觉病和压迫，以及撞击和摩擦。 神经肌肉协调是一个令人关注的发展领域，涉及到影响因素和训练方法。有关改变跑步力学的效果的练习是有争议的，包括训练量和跑步姿势。[8]ITBS最常见于跑步2公里后的膝关节外侧，或步行超过10公里。用膝盖走路可以缓解症状[9]。

胫束带一直受到进化生物学家和功能解剖学家的关注。Kapla将胫束描述为“独立结构”，并提出了“支撑前外侧韧带”的描述[10]。韧带被描述为牢固地附着在股骨线的外侧边缘和股外侧上，并向格蒂结节远端延伸。胫束带，筋膜，股外侧肌，股二头肌和胫骨外侧之间存在筋膜关系。以张量筋膜和臀大肌为中心，Kaplan通过电刺激通过同心肌肉收缩来确定肌肉在髋部的作用，胫束带的功能是韧带的。但是，该分析缺乏当前的技术和研究，无法通过髋部的肌肉功能证明其对股骨旋转的等距和偏心控制。目前缺乏对扭矩产生和姿势肌肉的理解，其中腰椎和臀部的等长稳定可能与膝盖产生扭矩的肌肉动作有关。[11，12]髂胫束在股骨外上髁、臀大肌和筋膜的组织学和解剖研究表明，髂胫束在前外侧近端具有机械感觉作用膝盖髂胫束带的机械感觉作用可能影响髋关节髂胫束带韧带与肌腱功能的股骨外上髁[13]。

髂胫束是一种动态的多维结构，其关系跨越腰椎到前外侧膝关节，经进一步了解了髂胫束带的解剖结构。[13，14]特别，与其他灵长类动物相比，臀大肌占人类的巨大变化。特别是，人类臀大肌比其他灵长类动物重得多，颅骨更多附着在髂骨，骶骨和多裂筋膜上。该描述与其他研究中的功能解剖学一致，这些研究报告了臀大肌在额平面中与臀中肌协同作用。[15]相比之下，臀大肌在横切面上有更多的控制，随着股四头肌的减速和脚趾加速。[15，16]提供了髂胫束上部区域具有筋膜的观点，通过臀大肌连接到股骨，筋膜和髂胫束带的下背部，骶骨和髂骨的连接。这些结构相互关系可能与理解髂胫束上的应变和治疗策略有关。

当前，6篇文献分析了髋关节内收角的峰值，5篇研究认为损伤人群和健康人群之间存在显著差异。2项研究发现，女性跑步人群在直立阶段的臀部内收角度明显更大，其中1项研究涉及到患有ITBS人群，另1项研究后期出现这种损伤[17]。另一方面，有3项研究观察到髋关节内收角较低,其中2项研究涉及到患有ITBS的女性跑步人群，另1项研究涉及到患有ITBS的男性和女性跑步人群。但只在跑步者感到疲劳时才出现这一结果，其中1项涉及到前期有ITBS病史的女性跑步人群，而不是当前损伤的跑步人群。1篇文献分析了髋关节内旋角峰值的变化，但没有显著差异[18]。3项研究评定了膝关节内旋角峰值，其中2项研究发现患有ITBS的女子专业运动员的峰值角度明显增大，而其他研究没有明显差异。关于ITBS患者踝关节和足部的影响，3篇文献都未发现健康和损伤的人群在足后外翻角度上的显著差异。

2.2 下肢损伤跑步者的运动学变量

2.2.1跟腱炎

4篇文章中有3篇测量了后脚外翻角度，未发现损伤和健康人群之间存在显著差异。只有1项研究测量了膝关节内旋转[19]，结果显示损伤的人群膝关节内旋转角度峰值明显低于健康对照组。尚没有研究评定髋关节内、外旋角度值变化。

2.2.2胫骨应力综合征/应力性骨折

2项研究测量了后脚外翻角度。1项研究发现与健康人群相比，损伤人群后足外翻峰值明显更大，另一项研究未发现显著差异。2项研究分析了髋关节内部旋转角度峰值，其中1项发现损伤人群峰值角度增加[20]。1项研究分析了髋内收角的峰值，研究表明损伤人群的髋内收角明显更大。1篇文献分析膝关节内旋角度的变化，未发现显著差异。

3 下肢常见损伤研究结果分析

3.1 膝前疼痛跑步人群的运动学变量

研究结果表明有中等程度上证据显示PFP与髋内收峰增加有关。所分析的6项研究中的2项的存在不同结果，可能是性别差异的结果，因为这2项研究包括男性。与患有PFP的男性跑步人群相比，女性跑步人群髋关节内收峰值明显增加，女性PFP占髋关节内收角运动学差异的大部分。

没有确凿的证据表明PFP与髋部内旋增加之间存在联系，差异上的变化可能是由于方法学上的因素引起，如直立阶段选择的时间点，采用运动学模型，甚至是参与者的纳入标准[21]。因此，这些研究结果并不真正支持PFP与髋内旋转角度峰值增加之间存在相关性据。 没有一项研究发现PFP与后脚外翻之间存在联系，以及PFP与膝关节内旋的关系。

3.2 髂胫束综合征跑步人群的运动学变量

关于髋内收角的峰值，患有ITBS的跑步人群存在较大差异，这可能与ITBS的损伤程度有关。与健康人群相比，即将出现ITBS的健康女性跑步者的髋内收角峰值更大。目前损伤的女性跑步人群无显著差异，而有损伤史的女性跑步者髋关节内收峰较少。目前患有ITBS跑步人群可能展示了一种保持骨盆水平的策略，可以减少髋内收角，缓解ITBS相关的疼痛。在症状消退后，有ITBS病史的跑步者可能采用一种代偿性的跑步策略，以减少髋内收，以及其他可能减少髂胫束张力的生物力学变化。患有ITBS的女性跑步人群会调整跑步步态，以减少臀部内收，这可能是疼痛的结果。

然而，还需要进一步的研究，2研究结果不同。有中等程度上的证据表明，ITBS与女性跑步人群膝关节内旋角增加有关。关于ITBS患者足背外翻的结果，这种生物力学因素与此类损伤的发生无关。

3.3 跟腱病跑步人群的运动学变量

关于后脚外翻的峰值，没有一项研究发现损伤人群和健康人群之间存在显著差异，这与公认的观点相矛盾，即站立时后脚外翻可能会伤及跟腱纤维，增加损伤的风险[22]。但是，患有AT跑步人群后脚的外翻运动范围增大，表明生物力学因素可能与损伤风险相关。

3.4 胫骨应力综合征/应力性骨折患者的运动学变量

关于后足外翻峰值，一项研究发现损伤后足外翻峰值角度更大，另一项研究认为无显著变化，损伤个体脚跟更偏外翻，外翻持续时间更长，与受伤风险相关的重要生物力学因素可能不仅是后脚外翻高峰角度，还包括外翻运动范围，外翻持续时间，甚至是外翻后期的姿势[23]。峰值髋关节内旋转角度的差异以及分析峰值髋关节内收和膝关节内旋角度的研究数量很少[24]，这表明需要进行进一步的研究。

4 实际应用

鉴于上述的生物力学因素，应进行髋部力学评估预防膝盖跑步损伤（PFP/PT和ITBS），尤其是女性。

4.1 生物力学损伤的筛查试验

大部分运动学上的异常可以检测，通常基于二维视频分析系统，采用Souza’s方法，且易于使用。

还有一些实用的测试，可方便评估运动异常。应评估髋关节力学，以防止膝部损伤，尤其是女性。单腿下蹲试验（the single-leg squat test，SLS）是一个有用的临床测试，可简单方便的评估腰椎骨盆区域的神经肌肉控制。SLS的表现反映了在步态和跑步等更复杂的任务中可能发生的情况。相对于良好的SLSs，较差的SLSs的特征髋关节内收峰过多。

对踝关节背屈活动度（dorsiflexion range of motion，DF-ROM）的临床评估很重要，因为它与跟腱和髌腱损伤有关。当个体缺乏足够的踝关节DF-ROM，足部过度的内旋，以补偿，并因此增加胫骨的内旋，从而导致潜在损伤。荟萃分析显示，与对照组相比，出现动态膝外翻的个体DF-ROM减少[25]。跳台实验发现踝关DF-ROM降低与髋内收增高有关，而与髋内旋无关。

可使用标准测角仪，数字测斜仪或使用卷尺来测量跨步时脚踝DF-ROM，这些方法具有良好的可靠性。为了改善脚踝的活动能力，使用弹力带自拉伸技术可以改善距骨的后部滑行，同时拉伸足底屈肌，在跨步测试中显著增加了踝部DF-ROM。

4.2 生物力学损伤的康复计划

视觉（实时3D反馈或镜子）和口头反馈的再训练对减少髋内收峰有显著效果。需要考虑的一个重要方面是再训练期间的步速控制。在跑步过程中，将步速提高5-10％可以显着降低髋关节内收峰，以及髋部和膝关节的负重。以大于首选的步速跑步降低了髋部在前部和横向运动平面所产生的生物力学需求，因此可能在涉及髋部的跑步损伤的临床处理中有用。

髋外展肌强化方案可以控制动态性膝外翻，在跑步的直立阶段，这些肌肉在理论上可以离心地控制髋内收。髋关节外展肌和外旋肌的强化计划可有效减少后脚外翻ROM和髋关节内旋转ROM[26]。针对髋关节肌群稳定性、强化髋关节运动可改善下肢的运动生物力学。

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Lower Limb Biomechanical Factors Related to Running Injuries: a Review and Application Guidance

PENG Li, etal.

(Army Engineering University of PLA, Nanjing 211101, Jiangsu, China)

陆军工程大学军事基础系教育教学立项课题（2020-12）。

彭丽（1988—），本科，助教，研究方向：军事体育教学与训练。